新型CFRP索股锚固体系设计及试验研究

为改善CFRP索股锚固体系的锚固性能及CFRP索股受力不均问题,研制了锚具内壁面带凹槽的CFRP索股锚固体系,对其进行了试验测试,分析了锚固体系破坏模式、荷载-位移、锚固效率、CFRP索股应变变化规律,通过应力变异系数评估了锚具内壁面凹槽设置和预张拉对CFRP索股应力不均匀改善的效果。研究结果表明,锚具内壁面设置凹槽和对CFRP索股进行预张拉能够提高锚固体系的锚固效率,锚固效率可达99%以上;试验观察到CFRP索股存在受力不均现象,引起CFRP索股受力不均的原因主要与CFRP索股长度不一致和粘结介质的剪切变形相关;通过在锚具内壁面设置凹槽和对CFRP索股进行预张拉能够改善锚固体系CFRP索股的应力不均程度,锚具内壁面凹槽深度为2 mm、间距为5 mm,预紧力为10%名义极限荷载时,锚固体系在自由段中点和加载端处的平均应力变异系数分别降低了7.16%、3.86%。

预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能

为了探索碳纤维复材(CFRP)绞线在混凝土结构中的应用,采用CFRP绞线作为预应力筋,开展了预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯性能试验研究。试验结果表明:平截面假定适用于混合配筋的混凝土梁;配置预应力CFRP绞线可以显著提高混凝土梁的抗弯承载力,相比于普通钢筋混凝土梁,混合配筋混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了74%~146%、27%~48%和29%~50%,但混合配筋混凝土梁的延性明显降低;在混凝土压碎失效模式下,预应力水平和预应力CFRP绞线数量对延性影响并不明显;GB 50608—2020《纤维增强复合材料工程应用技术标准》中预应力纤维复材(FRP)筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式可以应用于预应力CFRP绞线和钢筋混合配筋混凝土梁的抗弯承载力计算。

基于不同黏结材的CFRP链-混凝土界面黏结性能试验研究

为研究碳纤维增强复合链(CFRP Strand Sheet)与混凝土的界面黏结性能,共制作8组共24个试件并进行拉伸双剪试验,观测各组试件的破坏形态和应变分布规律,分析CFRP链与混凝土界面的黏结破坏机理,研究不同黏结材的力学性能和CFRP链加固层数对CFRP链-混凝土界面的剪切应力传递和黏结性能的影响。研究结果表明:CFRP链与混凝土的双剪试件均为表层混凝土的剪切破坏,随着CFRP链加固层数的增加,试件的剥离承载力增大,而CFRP链最大应变和界面断裂能均减小;当采用环氧树脂(EP)为黏结材时,CFRP链的材料利用率较大,而采用聚合物水泥砂浆(PCM)为黏结材时,虽单层CFRP链与混凝土界面间具有较优的抵抗剥离能力,但双层加固时,CFRP链的材料利用率却大幅降低。基于现有FRP片材-混凝土的双线性黏结滑移模型,并考虑CFRP链加固层数和黏结材力学性能的影响,建立了相应的界面黏结-滑移模型。

预应力钢绞线和CFRP布加固桥梁结构后对疲劳性能的影响

以某高速公路改扩建工程中的预应力混凝土空心梁作为原型,设计了6根试验梁作为相似模型,研究了预应力钢绞线和CFRP布加固试验梁后对疲劳性能的影响。试验结果表明,预应力钢绞线加固可减小梁体弯曲变形,CFRP布加固可限制梁体裂缝扩展。

磷酸镁水泥净浆及CFRP切丝改性试验研究

介绍了磷酸镁水泥(MPC)的制备,研究了硼砂用量、水胶比(W/B)、镁磷比(M/P)、龄期、CFRP切丝的掺加量及长度对MPC净浆凝结时间、施工性能、强度的影响。结果表明,MPC具有明显的早强高强特性;CFRP切丝的添加率增加,试件抗折、抗压强度上升明显。当M/P=1.8,W/B=0.11,M:K:B=153:85:5时,试件强度达到52.5硅酸盐水泥的强度等级;当M/P=1.8,W/B=0.13,Vc=15‰时,试件强度达到62.5级硅酸盐水泥的强度等级。

Bonding Characteristics and Flexural Stiffening Effect of Carbon Fibre Reinforced Plastics Strand Sheets Bonded to Steel Beams

Corrosion of steel structures is unavoidable and the structural performance decreases dramatically due to the corrosion. As a repairing method for corroded steel members, bonding carbon fiber sheets with resin had been developed. The purpose of this study is to propose the flexural strengthening method for steel members by using CFRP （carbon fiber reinforced polymer） strand sheets. In order to clarify the stiffening effect and the debonding characteristics of CFRP strand sheets, and to optimize the strengthening design specifications, the flexural tests using high tension steel beams strengthened with CFRP strand sheets are performed. Two cases of experiments are carried out. In Experiment 1, the result from previous research is reflected in the strengthening design. Moreover in Experiment 2, the debonding characteristics obtained from Experiment 1 are reflected. As a result, it was clarified that CFRP strand sheets have stiffening effect equivalent to the theoretical value and its debonding property is practically high enough when FRP （fiber reinforcement polymer） sheets have an appropriate bonding length.

磷酸镁砂浆及CFRP切丝改性试验研究

介绍了磷酸镁水泥(MPC)砂浆的制备;研究了镁磷比、砂率、养护龄期、CFRP切丝的掺加量及长度对MPC砂浆强度的影响。结果表明:MPC砂浆具有明显的早强高强特性;随CFRP切丝的添加率增加,试件抗折、抗压强度上升;CFRP切丝长度的影响较小;随龄期增加,试件的强度逐渐增加,且早期更明显。当M∶P∶B=187∶85∶5、W∶B=0.15、M∶P=2.2、S∶B=1.0时,砂浆试件达到P·O 52.5R级水泥强度要求;当M∶P∶B=187∶85∶5、M∶P=2.2、W∶B=0.19、Vc=15‰时,改性试件达到P·O 52.5R级水泥强度要求。

预应力CFRP及钢绞线加固桥梁效果对比分析

为了比较预应力CFRP及预应力钢绞线对桥梁的加固效果,以某T梁桥加固为例,利用Midas软件对两种加固方式进行建模分析。结果表明,采用两种方法加固均能提高T梁的承载能力,预应力CFRP加固T梁后的最大挠度值比预应力钢绞线加固后的值大1.9mm,最大弯矩值大180.2k N·m,预应力CFRP加固后的T梁承载能力提升程度较预应力钢绞线加固后的大。

碳纤维增强重组竹受弯构件的极限承载力试验

重组竹是一种竹基高强复合材料,适用于装配式梁柱结构,但还难以满足现代大跨建筑结构的需求。在重组竹梁受拉区粘贴轻质高强的CFRP(carbon fiber reinforced polymer),可充分发挥重组竹的受压性能,提高重组竹受弯构件的极限承载力。虽然重组竹的顺纹受拉应力-应变关系呈完全线性,但由于重组竹的顺纹受压应力-应变关系具有明显的非线性,故CFRP增强重组竹梁的极限承载力分析需要采用非线性模型。笔者通过CFRP增强重组竹梁采用简支梁4点弯曲试验,在研究其受弯破坏模式与破坏机理的基础上,导出了CFRP增强重组竹梁的极限承载力计算公式,并通过试验结果验证了公式的正确性。试验与计算结果表明,CFRP增强重组竹梁的破坏显示了明显的非线性特征,梁底分别粘贴一层、二层CFRP时,其极限承载力可分别提高14%和27%。

碳纤维塑料筋锚杆界面粘结强度试验研究

研制开发了适用于碳纤维塑料（CFRP）筋锚杆的夹片式锚具.在此基础上,通过48个试件的拉拔试验,在国内首次对碳纤维塑料筋锚杆与多种粘结介质之间的界面粘结强度进行了研究.研究表明：碳纤维塑料筋锚杆具有较高的界面粘结强度;碳纤维塑料筋的直径对锚杆粘结强度的影响不明显;当滑移值为0.3-0.4 mm时,碳纤维塑料筋锚杆的粘结应力达到最大,相比之下,钢绞线锚杆的粘结应力最大值发生在滑移值为20 mm左右时.此研究结论为碳纤维塑料筋锚杆在岩土锚固工程中的应用提供了依据和参考.

碳纤维增强重组竹梁的极限挠度计算方法

重组竹力学性能优于木材,非常适用于装配式梁柱结构。重组竹抗压强度高于普通混凝土材料,受压应力-应变关系非线性特征明显,但其弹性模量仅为混凝土弹性模量的1/2左右。采用碳纤维(CFRP)增强重组竹梁可充分利用重组竹的抗压性能,提高梁的承载能力,但其非线性变形更加显著。考虑重组竹的受压非线性本构关系,提出计算梁极限挠度的弹性理论修正计算方法。该方法将梁简化为带塑性铰的杆件,假设非线性变形仅发生在塑性铰区域,杆件其余部分始终处于弹性工作状态,将梁的变形分为弹性变形与塑性变形。通过截面应变分析,得到塑性变形的计算公式,进而得到CFRP增强重组竹梁的非线性变形计算公式。CFRP增强重组竹梁的四点弯曲试验表明,所提出的计算方法具有足够的精度。

全封闭碳纤维与高强钢丝复合拉索的弹性模量

探讨了全封闭复合拉索的协调工作机理,即要求芯部高强钢丝束与碳纤维筋弹性模量接近或相等;研究了高强钢丝束捻距与弹性模量间的关系;推导了37股高强钢丝束弹性模量的计算表达式,通过有限元分析验证了表达式的正确性.试验表明,碳纤维筋弹性模量可以达到与高强钢丝束的弹性模量相近的要求.结论表明:复合拉索中的索力按照碳纤维筋与高强钢丝束的轴向刚度进行分配,全封闭复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的弹性模量相等.在整体锚具的张拉下,复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的变形一致,弹性模量相等决定了索力按照复合拉索中碳纤维筋与高强钢丝束的截面比例进行分配,能够确保复合拉索索体的协同作用.高强钢丝束的弹性模量与其捻距及扭转角相关,随着捻距的减小,扭转角的增大,高强钢丝束的弹性模量降低.

钢绞线、FRP筋预应力加固混凝土梁抗弯性能试验研究

纤维增强复合材料是一种新型的材料,对FRP筋材使用预应力的方式加固混凝土梁,是一种新兴的加固技术,可以有效地发挥FRP的高强性能。为了研究混凝土梁加固以后的抗弯性能,采用试验研究与理论分析相结合的方法,制作了12根混凝土梁试件,通过试验比较CFRP筋、BFRP筋和高强钢绞线3种预应力筋材的加固效果,包括开裂荷载、屈服荷载和极限承载力,对加固梁的裂缝开展、刚度提高以及破坏形式进行初步研究和探讨。

大口径PCCP断丝加固技术工程应用和效果评价

针对埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)的断丝现象,介绍了常用的三种加固方案,即在断丝管节内壁粘贴碳纤维片材、对断丝管节进行体外预应力加固以及更换断丝管节进行修补加固。为了验证这些加固技术的应用效果,对断丝管节加固前后的断丝数据及冬、夏季典型时段断丝数据进行了分析,并对加固方案效果进行了评价。结果表明:碳纤维加固不能显著减少断丝的持续发生;体外预应力加固效果明显,可基本解决断丝的发生,是相对可靠的断丝管节加固技术;更换断丝管节需耗费大量的人、财、物,适用于管线应急修复。

不同加固方式对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

以我国某条高速公路的改扩建工程中的预应力钢筋混凝土梁为原型,通过缩尺模型,设计了3根试验梁,主要研究了CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法对桥梁结构弯曲性能的影响,分析了试验梁极限承载力的变化,梁体的挠度,混凝土、钢筋及加固材料的应变,裂缝数量及发展情况等。试验结果显示:CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法均能有效提高梁体的承载能力;CFRP布加固法通过分散受拉区混凝土所受的拉应力,限制混凝土裂缝的发展;预应力钢绞线加固法约束梁体弯曲变形的效果非常明显,可以有效减小梁体的挠度。

碳纤维板-角钢-体外预应力索联合加固梁试验

针对钢筋混凝土原梁,采用粘贴碳纤维板-外包角钢-体外预应力钢绞线三种加固技术,形成联合加固梁。本文制作了六根试验梁,进行荷载试验研究,研究联合加固梁的工作机理,进行裂缝发展和破坏极限状态的分析研究。研究表明:粘贴碳纤维板-外包角钢-体外预应力三种加固技术协同工作,外包角钢的弯曲反弹恢复力和预应力钢绞线的竖向分力对碳纤维板提供了压力,可在碳纤维板面与钢筋混凝土原梁底面两者界面层产生摩擦力,摩擦力可以避免碳纤维板材的粘结滑移破坏,联合加固梁可以大幅度提高原梁结构的开裂荷载、结构刚度和极限承载力,联合加固梁临近破坏时,三种加固材料的强度可得到充分发挥,加固效果优良。

基于动态模量衰减的加固PPC梁疲劳寿命预测

通过对6根部分预应力(PPC)梁的静载试验以及等幅疲劳试验,研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)布和预应力钢绞线加固的PPC梁由于疲劳累积损伤而造成的弹性模量衰减规律。试验结果表明,通过静载试验试验梁挠度和裂缝以及疲劳试验试验梁挠度进行对比,得出加固PPC梁的承载力、疲劳寿命和整体刚度均有大幅度提高。最后通过疲劳试验结果建立了疲劳寿命与动态模量之间关系的数学模型,并对PPC梁加固的可靠性评估以及疲劳寿命预测提供了有效的方法。

高性能碳纤维增强塑料(CFRP)绞线筋粘结性能研究

通过48个拉拔试件对高性能碳纤维增强塑料（CFRP）绞线筋与不同环境介质（包括普通混凝土C50、高性能混凝土C50、R42．5水泥浆以及环氧树脂等）之间的粘结性能进行了较为系统的研究。研究表明：当滑移值为0．3-0．4mm时，CFRP绞线筋的粘结应力达到最大，相比之下，钢绞线的粘结应力最大值则发生在滑移值为20mm左右时；CFRP绞线筋直径对粘结强度的影响不明显；CFRP绞线筋的锚固失效粘结强度比钢绞线大1．3-1．4倍，而钢绞线的最大粘结强度比CFRP绞线筋大1．3-1．5倍。在试验研究的基础上，本文还给出了CFRP绞线筋的粘结应力．滑移曲线的理论方程，并提出了CFRP绞线筋的相对粘结特性系数的设计建议。

CFRP丝股新型锚固系统受力分析及试验研究

为解决CFRP丝股现有内锥形锚具锚固区的径向挤压应力分布不合理及丝股在受荷端存在弯折等问题,研制了双筒黏结型锚具。该新型锚具在传统内锥形锚具内,置入一个带有多条纵向切缝的钢质套管,套管切缝的宽度沿纵向渐变,则套管的径向收缩刚度随之渐变,此举可避免小孔端挤压应力过大,以实现径向挤压应力的合理分布。套管包裹住CFRP丝股,以环氧树脂作为黏结介质,并对锚具进行预紧。利用ANSYS软件对6组不同丝间距和套管壁厚的新型锚具进行受力模拟,得出最优锚具设计尺寸参数,探明了锚固区筋材应力分布情况;制作现有传统内锥形锚具及新型锚具,对19丝Φ5的丝股进行静力拉伸试验,并对各影响因素进行分析。结果表明:新型锚具锚固效率系数可达到110%,相比普通内锥形锚具提高了近30%;丝间距以1~2 mm为宜,丝间距越小锚固性能越好;套管、预紧力对提高锚固性能影响很大,套管的壁厚在4~6 mm为宜,在此范围内壁厚越大,丝间距对锚固性能的影响越弱;预紧力大小约等于锚固系统极限承载力时,锚固效率相对于无预紧作用提高12%。

碳纤维绞线黏结式锚具静力性能试验研究

为研究碳纤维（CFRP）绞线在以活性粉末混凝土（RPC）作为黏结介质的黏结式锚具中的合理锚固形式，通过静力拉拔试验对整束锚固、分散锚固、分散再合并锚固三种锚固形式下CFRP绞线的黏结锚固性能进行了研究。结果表明：CFRP绞线在锚固区内的锚固形式对锚固性能影响显著；分散锚固和分散再合并锚固两种形式具有更高的锚固效率，约为整束锚固的2．33倍；绞线分散锚固试件的边丝张开角大于5°或起拱角大于7°时，由于剪切效应过大易使绞线发生承载力较低的折断破坏，因此，建议绞线边丝的张开角为3°～5°或起拱角3°～7°。建立了三种锚固形式下CFRP绞线的界面平均黏结强度和临界锚固长度计算公式，试验结果验证了其适用性。